土工格室加筋土加固機(jī)理的研究.pdf

1、本研究以土工格室為研究對(duì)象，通過(guò)土工格室加筋土的抗彎承載特性和筋土界面特性的試驗(yàn)研究，探討土工格室加筋土的加固機(jī)理。
　　本研究通過(guò)承載力室內(nèi)模型試驗(yàn)，得到PIV畫(huà)像解析圖片，利用PIV畫(huà)像解析方法和數(shù)字圖像處理技術(shù)，對(duì)地基內(nèi)部砂的運(yùn)動(dòng)，細(xì)觀結(jié)構(gòu)的圖像進(jìn)行定量和定性分析，得出地基砂土在條形均布荷載作用下，加筋前后各項(xiàng)參數(shù)和各種應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律。在模型試驗(yàn)中將變形量測(cè)系統(tǒng)用于分析加筋地基加載變形破壞的位移、地基內(nèi)部局部剪應(yīng)變場(chǎng)

2、的圖像，用以研究加筋地基的破壞模式和破壞面發(fā)展機(jī)理。采用有限元模擬分析地基砂內(nèi)部的局部應(yīng)力狀態(tài)，解析地基砂內(nèi)外部的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)力路徑及內(nèi)力變化。本研究將基礎(chǔ)模型按照實(shí)際基礎(chǔ)同比例縮小進(jìn)行加筋土界面特性的試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)，利用拉拔試驗(yàn)裝置和位移計(jì)測(cè)土體內(nèi)部位移連續(xù)變化進(jìn)程，得到土工格室拉拔抵抗力產(chǎn)生的原理模式圖像和土工格柵位移與拉拔抵抗力的分布狀況圖像，比較分析土工格室和土工格柵的拉拔特性，研究土工格室和土工格柵的位移傳遞機(jī)制。通過(guò)靜承載力試驗(yàn)

3、和紙狀的壓力傳感器測(cè)定應(yīng)力分布，對(duì)補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理、應(yīng)力分散效果進(jìn)行探討。利用應(yīng)力測(cè)定系統(tǒng)，研究加筋土的網(wǎng)兜效應(yīng)和抗彎剛性及應(yīng)力分散效果。最后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)易承載力試驗(yàn)比較不同種類補(bǔ)強(qiáng)材料的補(bǔ)強(qiáng)效果，復(fù)核土工格室模型與原型的系統(tǒng)相似定理。
　　本研究利用以上方法，追蹤加筋土地基的漸進(jìn)性變形與破壞過(guò)程，捕捉加筋土地基的變形模式、滑動(dòng)剪切面位置形狀和剪切帶特征。為研究砂土在拉拔水平荷載下的全場(chǎng)位移和局部位移的產(chǎn)生、發(fā)展和演化特點(diǎn)進(jìn)行了量測(cè)和定量分

4、析。
　　PIV畫(huà)像解析表明無(wú)土工格室補(bǔ)強(qiáng)地基內(nèi)速度向量分布是在載荷板正下方往正中心方向運(yùn)動(dòng)顯著，速度大，表明載荷板正下方應(yīng)力集中，土工格室補(bǔ)強(qiáng)地基內(nèi)速度向量分布是在載荷板正下方出現(xiàn)橫方向的運(yùn)動(dòng)，速度小且均勻，表明應(yīng)力集中現(xiàn)象被沖散。變形量測(cè)系統(tǒng)分析表明純砂或無(wú)補(bǔ)強(qiáng)時(shí)地基內(nèi)部砂在剪切過(guò)程中，最大剪應(yīng)變的方向均在約10°的破裂線上，而土工格柵加筋土剪應(yīng)變等值線，即最大剪應(yīng)變幾乎發(fā)生在水平方向上，且該水平面與筋材的布置十分一致。有限元

5、模擬分析表明加筋砂土地基內(nèi)部的高補(bǔ)強(qiáng)效果在局部應(yīng)力狀態(tài)已接近破壞狀態(tài)，且破壞區(qū)域擴(kuò)散后才表現(xiàn)出來(lái)。加筋土界面特性研究表明土工格柵應(yīng)變軟化來(lái)得快，應(yīng)變軟化開(kāi)始直接進(jìn)入到相當(dāng)小的殘留強(qiáng)度狀態(tài);而土工格室是應(yīng)變軟化來(lái)得遲，先顯示出稍高的最大抵抗力，以后應(yīng)變軟化較短，最后表現(xiàn)出相當(dāng)大的殘留強(qiáng)度。土工格室的內(nèi)部位移是從墻壁近旁開(kāi)始向后方進(jìn)行傳播，其進(jìn)展性土工格柵比土工格室更顯著。應(yīng)力擴(kuò)散試驗(yàn)表明土工格柵、土工格室加筋土地基的應(yīng)力曲線在中心附近的尖

6、頂分布，而土工格柵配合土工格室加筋土地基的應(yīng)力曲線在中心附近較寬闊范圍內(nèi)緩慢分布，即后者比前者應(yīng)力擴(kuò)散效果好。土工格柵配合土工格室加筋土地基承載力較大，而碎石作為填料使用時(shí)，土工格室碎石加筋土地基承載力比土工格柵配合土工格室加筋土地基承載力還大。
　　土工格室與土工格柵主要區(qū)別在于，前者因具有一定的厚度，固具有一定的抗彎能力，能有效擴(kuò)散從上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的豎向應(yīng)力;同時(shí)發(fā)揮類似于“深基礎(chǔ)”的作用，大大提高地基的承載能力。
　　實(shí)

7、驗(yàn)結(jié)果表明，有限元數(shù)值模擬的細(xì)觀力學(xué)特性與土體的宏觀力學(xué)現(xiàn)象密切相關(guān)，有限元法數(shù)值模擬技術(shù)分析研究加筋地基的承載力和變形特性是可行的。物理模型試驗(yàn)PIV圖像的細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變化特征，反應(yīng)了土體的宏觀力學(xué)響應(yīng)特性，說(shuō)明了通過(guò)對(duì)土體的PIV細(xì)觀結(jié)構(gòu)變化來(lái)反應(yīng)土體破壞前后的強(qiáng)度和變形的可行性。通過(guò)對(duì)這兩種細(xì)觀觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，同時(shí)與宏觀試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明PIV圖像的細(xì)觀結(jié)構(gòu)的變化特征與宏觀力學(xué)響應(yīng)特性具有很好的一致性。